mems开关、mems开关制备方法及功率放大器芯片
技术领域
1.本发明涉及电子元器件技术领域，尤其涉及一种mems开关、mems开关制备方法及功率放大器芯片。
背景技术：
2.毫米波波段是指频率在30ghz-300ghz范围内的电磁波，其频率较高，波长短，可以实现大的通信带宽和高的传输速率，实现高分辨率的成像，因此具有众多的应用。当前实现毫米波功放的方法有很多，其中最需要考虑的因素是在满足输出功率和增益前提下，保持整体电路的稳定。由于有源器件低频端增益高于高频段，容易产生自激现象，因此最常见的方法是在电路中采用各种方式降低低频增益，从而提高稳定性，当前常用的设计方法是在有源管栅极处采用rc回路。
技术实现要素：
3.本发明所要解决的技术问题是如何提供一种结构简单，可靠性高的mems开关、mems开关制备方法及放大器芯片。
4.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种mems开关，包括：衬底层，所述衬底层的上表面形成有第一si3n4层，所述第一si3n4层的上表面形成有锚点、开关驱动电极以及功放信号传输线，所述锚点上形成有开关锚点加厚层，所述开关驱动电极的上方设置有与其对应的电极吸合区， 所述功放信号传输线的上方形成有开关金属接触区，所述开关锚点加厚层与所述电极吸合区之间以及所述电极吸合区与所述开关金属接触区之间通过悬臂梁进行连接，所述电极吸合区相对于所述驱动电极悬空设置，所述开关金属接触区相对于所述功放信号传输线悬空设置。
5.进一步的技术方案在于：所述悬臂梁的上方、电极吸合区的上方以及所述开关金属接触区的上方形成有第二si3n4层，所述第二si3n4层用于作为悬臂梁的应力补偿以及开关金属接触区与悬臂梁的连接层。
6.进一步的技术方案在于：所述开关锚点加厚层与所述电极吸合区之间设置有两条悬臂梁，所述电极吸合区与所述开关金属接触区之间设置有一条悬臂梁。
7.优选的，所述开关锚点加厚层与所述电极吸合区之间的悬臂梁的宽度小于所述电极吸合区与所述开关金属接触区之间悬臂梁的宽度。
8.优选的，所述开关锚点加厚层、电极吸合区以及开关金属接触区整体为矩形金属层。
9.优选的，所述开关锚点加厚层的面积大于所述电极吸合区的面积，电极吸合区的面积大于所述开关金属接触区的面积。
10.进一步的技术方案在于：所述功放信号传输线设置有两条，沿所述开关的前后方向设置，且两条功放信号传输线的端部之间具有空隙，所述开关金属接触区与两条所述功放信号传输线的端部在上下投影方向上具有重叠。
11.本发明还公开了一种所述的mems开关的制备方法，包括如下步骤：s1：在衬底材料上淀积第一层si3n4后，通过溅射或电镀工艺在相应位置同时形成锚点、开关驱动电极以及功放电路传输线；s2：在步骤s1后器件的表面涂覆光刻胶作为牺牲层；s3：在牺牲层上光刻并形成第二层金属层分别作为开关锚点加厚区、悬臂梁和开关金属接触区；s4：在开关锚点加厚区、悬臂梁和开关金属接触区上淀积低应力的第二层si3n4作为悬臂梁应力补偿以及接触区与悬臂梁的连接层；s5：采用对光刻胶牺牲层进行释放，形成mems开关。
12.本发明还公开了一种集成开关的可变增益功率放大器芯片，包括功率放大器本体以及放大器匹配电路，还包括所述的mems开关，所述mems开关位于前级放大器匹配rc回路中，与所述前级放大器匹配rc回路中的电容支路串联连接。
13.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术中mems开关结构简单，可以集成至当前射频功率放大器工艺直接实现。前级放大器匹配rc回路增加mems开关，可通过开关驱动电压调节整体电路的增益；该方法中mems开关只应用于前级放大结构，不会受到大功率输入信号的影响，可靠性好，同时也不影响后级功放电路的饱和输出功率。
附图说明
14.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
15.图1是本发明实施例所述mems开关的结构示意图；图2是本发明实施例所述方法中步骤s1后器件的结构示意图；图3是本发明实施例所述方法中步骤s2后器件的结构示意图；图4是本发明实施例所述方法中步骤s3后器件的结构示意图；图5是本发明实施例所述方法中步骤s4后器件的结构示意图；图6是本发明实施例所述方法中步骤s5后器件的结构示意图；图7是本发明实施例所述可变增益功率放大器芯片中匹配电路的原理图；其中：1、衬底层；2、第一si3n4层；3、锚点；4、开关驱动电极；5、功放信号传输线；6、开关锚点加厚层；7、电极吸合区；8、开关金属接触区；9、悬臂梁；10、第二si3n4层；11、光刻胶；12、mems开关。
具体实施方式
16.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
18.如图1以及图6所示，本发明实施例公开了一种mems开关，包括：衬底层1，所述衬底
层的制作材料可以使用现有技术中的相关成熟材料；所述衬底层1的上表面形成有第一si3n4层2，所述第一si3n4层2的上表面形成有锚点3、开关驱动电极4以及功放信号传输线5，所述锚点3上形成有开关锚点加厚层6，所述开关驱动电极4的上方设置有与其对应的电极吸合区7， 所述功放信号传输线5的上方形成有开关金属接触区8，所述开关锚点加厚层6与所述电极吸合区7之间以及所述电极吸合区7与所述开关金属接触区8之间通过悬臂梁9进行连接，所述电极吸合区7相对于所述开关驱动电极4悬空设置，所述开关金属接触区8相对于所述功放信号传输线5悬空设置。
19.进一步的，如图2所示，所述悬臂梁的9上方、电极吸合区7的上方以及所述开关金属接触区8的上方形成有第二si3n4层10，所述第二si3n4层10用于作为悬臂梁9的应力补偿以及开关金属接触区8与悬臂梁9的连接层。所述开关锚点加厚层6与所述电极吸合区7之间设置有两条悬臂梁9，所述电极吸合区7与所述开关金属接触区8之间设置有一条悬臂梁9。所述开关锚点加厚层6与所述电极吸合区7之间的悬臂梁9的宽度小于所述电极吸合区7与所述开关金属接触区8之间悬臂梁9的宽度。优选的，所述开关锚点加厚层6、电极吸合区7以及开关金属接触区8整体为矩形金属层。从图1中可以看出，所述开关锚点加厚层6的面积大于所述电极吸合区7的面积，电极吸合区7的面积大于所述开关金属接触区8的面积。
20.进一步的，如图1所示，本技术中所述功放信号传输线5设置有两条，所述功放信号传输线5用于与功率放大器连接；沿所述开关的前后方向设置，且两条功放信号传输线5的端部之间具有空隙，所述开关金属接触区8与两条所述功放信号传输线5的端部在上下投影方向上具有重叠。
21.相应的，本发明实施例还公开了一种mems开关的制备方法，包括如下步骤：s1：在衬底层1上淀积第一层si3n42后，通过溅射或电镀工艺在相应位置同时形成锚点3、开关驱动电极4以及功放电路传输线5，该工艺步骤后的器件机构如图2所示；s2：在步骤s1后器件的表面涂覆光刻胶11作为牺牲层，所述光刻胶11优选使用聚酰亚胺光刻胶，该工艺步骤后的器件机构如图3所示；s3：在牺牲层上光刻并形成第二层金属层分别作为开关锚点加厚区6、电极吸合区7、悬臂梁9和开关金属接触区8，该工艺步骤后的器件机构如图4所示；s4：在开关锚点加厚区6、悬臂梁9、电极吸合区7和开关金属接触区8上淀积低应力的第二层si3n410作为悬臂梁应力补偿以及接触区与悬臂梁的连接层，该工艺步骤后的器件机构如图5所示；s5：采用对光刻胶牺牲层进行释放，形成mems开关，该工艺步骤后的器件机构如图6所示。
22.此外，将本技术所述开关应用于相关的功率放大器芯片中，可以实现对功率放大器芯片增益的控制，其中一种集成开关的可变增益功率放大器芯片，包括功率放大器本体以及放大器匹配电路，还包括所述的mems开关12，所述mems开关位于前级放大器匹配rc回路中，与所述前级放大器匹配rc回路中的电容支路串联连接。
23.所述可变增益功率放大器芯片结合rc回路结构和mems开关工艺，保证功放电路功率、效率、稳定性等指标情况下，可以通过控制开关驱动电压，改变电路的增益。在实际电路设计中，设计并确定功放电路基本结构版图的同时，明确rc回路中电容支路的 mems开关所需的驱动电压。通过驱动电压的指标来设计开关悬臂梁的材料、结构、形状等，并由结构仿
真软件进行仿真验证结果。设计完成后，流片时该mems开关结构的实现可集成至射频电路常规工艺之中。
24.该功放电路可通过开关驱动电压调节整体电路的增益；该芯片结构中rmems开关不会受到大功率输入信号的影响，可靠性好，同时也不影响后级功放电路的饱和输出功率； mems开关结构简单，可以集成当前射频功率放大器工艺直接实现。